(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、前記切替セクションに前記異電源の一方である投入側電源を投入制御する投入制御方法において、
前記切替セクションの電圧値を取得し、
前記投入側電源の電圧値を取得し、
取得した前記切替セクションの電圧値と取得した前記投入側電源の電圧値とが等しくなる電圧交差時点を検出し、
検出された前記電圧交差時点から前記投入側電源の４分の１周期後を前記切替セクションの磁束と前記投入側電源の磁束とが等しくなると推定される磁束交差時点とし、
前記磁束交差時点に、前記投入側電源を前記切替セクションに投入すること
を特徴とする投入制御方法。
【請求項２】
前記切替セクションの電圧値は、高調波を除去するフィルタを通して取得し、
前記投入側電源の電圧値は、高調波を除去するフィルタを通して取得すること
を特徴とする請求項１に記載の投入制御方法。
【請求項３】
交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、前記切替セクションに前記異電源の一方である投入側電源を投入制御する投入制御方法において、
前記切替セクションの電圧値を、９０度位相が遅れる第１の９０度遅れフィルタを通すことにより生成された切替セクション９０度遅れ電圧値を取得し、
前記投入側電源の電圧値を、９０度位相が遅れる第２の９０度遅れフィルタを通すことにより生成された投入側電源９０度遅れ電圧値を取得し、
取得した前記切替セクション９０度遅れ電圧値と取得した前記投入側電源９０度遅れ電圧値とが等しくなる時点を検出し、
検出された前記時点に、前記投入側電源を前記切替セクションに投入すること
を特徴とする投入制御方法。
【請求項４】
前記第１の９０度遅れフィルタ及び前記第２の９０度遅れフィルタは、高調波を除去すること
を特徴とする請求項３に記載の投入制御方法。
【請求項５】
交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、前記切替セクションに前記異電源の一方である前記投入側電源を投入制御する投入制御方法において、
前記切替セクションの電圧値を、高調波を除去する第１のフィルタを通すことにより生成された切替セクション高調波除去電圧値を取得し、
前記投入側電源の電圧値を、高調波を除去する第２のフィルタを通すことにより生成された投入側電源高調波除去電圧値を取得し、
取得した前記切替セクション高調波除去電圧値と取得した前記投入側電源高調波除去電圧値とが等しくなる時点を検出し、
検出された前記時点から、前記切替セクションの電圧値と前記投入側電源の電圧値とが等しくなる時点から前記投入側電源の４分の１周期後と推定される時点を計測し、
計測された前記時点に、前記投入側電源を前記切替セクションに投入すること
を特徴とする投入制御方法。
【請求項６】
交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、前記切替セクションに前記異電源の一方である投入側電源を投入制御する投入制御装置において、
前記切替セクションの電圧値を取得する切替セクション電圧取得手段と、
前記投入側電源の電圧値を取得する投入側電源電圧取得手段と、
前記切替セクション電圧取得手段により取得した前記切替セクションの電圧値と前記投入側電源電圧取得手段により取得した前記投入側電源の電圧値とが等しくなる電圧交差時点を検出する電圧交差時点検出手段と、
前記電圧交差時点検出手段で検出された前記電圧交差時点から前記投入側電源の４分の１周期後を前記切替セクションの磁束と前記投入側電源の磁束とが等しくなると推定される磁束交差時点とし、前記磁束交差時点に、前記投入側電源を前記切替セクションに投入する投入手段と
を備えたことを特徴とする投入制御装置。
【請求項７】
交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、前記切替セクションに前記異電源の一方である投入側電源を投入制御する投入制御装置において、
９０度位相の遅れる第１の９０度遅れフィルタと、
９０度位相の遅れる第２の９０度遅れフィルタと、
前記切替セクションの電圧値を、前記第１の９０度遅れフィルタを通すことにより生成された切替セクション９０度遅れ電圧値を取得する切替セクション９０度遅れ電圧値取得手段と、
前記投入側電源の電圧値を、前記第２の９０度遅れフィルタを通すことにより生成された投入側電源９０度遅れ電圧値を取得する投入側電源９０度遅れ電圧値取得手段と、
前記切替セクション９０度遅れ電圧値取得手段により取得した前記切替セクション９０度遅れ電圧値と前記投入側電源９０度遅れ電圧値取得手段により取得した前記投入側電源９０度遅れ電圧値とが等しくなる時点を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記時点に、前記投入側電源を前記切替セクションに投入する投入手段と
を備えたことを特徴とする投入制御装置。
【請求項８】
交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、前記切替セクションに前記異電源の一方である投入側電源を投入制御する投入制御装置において、
高調波を除去する第１のフィルタと、
高調波を除去する第２のフィルタと、
前記切替セクションの電圧値を、前記第１のフィルタを通すことにより生成された切替セクション高調波除去電圧値を取得する切替セクション高調波除去電圧取得手段と、
前記投入側電源の電圧値を、前記第２のフィルタを通すことにより生成された投入側電源高調波除去電圧値を取得する投入側電源高調波除去電圧取得手段と、
前記切替セクション高調波除去電圧取得手段により取得した前記切替セクション高調波除去電圧値と前記投入側電源高調波除去電圧取得手段により取得した前記投入側電源高調波除去電圧値とが等しくなる時点を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記時点から、前記切替セクションの電圧値と前記投入側電源の電圧値とが等しくなる時点から前記投入側電源の４分の１周期後と推定される時点を計測するタイマと、
前記タイマにより計測された前記時点に、前記投入側電源を前記切替セクションに投入する投入手段と
を備えたことを特徴とする投入制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電気鉄道の異電源の切替箇所となる切替セクションにおける異電源を投入する投入制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、交流電気鉄道の異電源の切替箇所となる切替セクションにおける異電源を投入する方法として、次の方法が知られている。
【０００３】
切替セクションにおいて、電気車の通過前は、開放側電源に接続された開放側切替開閉器は投入の状態であり、投入側電源に接続された投入側切替開閉器は開放の状態である。このような状態において、電気車が切替セクションに進入すると、開放側切替開閉器を投入状態から開放させる。開放側切替開閉器の開放後、約３００ミリ秒後に投入側切替開閉器を開放状態から投入させる。
【０００４】
しかし、上述の方法では、投入側切替開閉器を投入する時の投入側電源の電圧位相と、切替セクションに在線する電気車の主変圧器三次巻線に接続されている変圧器冷却ファン等の回転機補機からの逆加圧の電圧位相との関係によっては、電気車の主変圧器の鉄心内部に過渡的に磁束に直流成分が発生することがある。この直流成分の発生は、鉄心を飽和させる可能性がある。これにより、過大な励磁突入電流がき電回路に流れると、電力系統の過渡的な電圧変動や、き電回路保護継電器の不要動作等の発生などの問題が起きる可能性がある。
【０００５】
そこで、電気車の主変圧器の励磁突入電流を小さくするための異電源を投入する方法として、次の方法が開示されている。投入側電源電圧の実効値と、切替セクション電圧の実効値と、投入側電源電圧に対する切替セクション電圧の位相差とを検出する。これらの検出結果に基づいて投入側電源の投入位相を演算により求める。これにより、投入側電源の電圧波形を監視しながら投入位相となった時点で投入側電源を投入する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０７−１１７５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような先行技術文献に開示された方法では、実際に制御を実現する際に、演算回路あるいはソフトウエアの演算アルゴリズムが複雑になる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、より単純な制御で、電気車の主変圧器の励磁突入電流が小さくなるように切替セクションに異電源を投入することのできる投入制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の観点に従った、交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、前記切替セクションに前記異電源の一方である投入側電源を投入制御する投入制御方法において、前記切替セクションの電圧値を取得し、前記投入側電源の電圧値を取得し、取得した前記切替セクションの電圧値と取得した前記投入側電源の電圧値とが等しくなる電圧交差時点を検出し、検出された前記電圧交差時点から前記投入側電源の４分の１周期後を前記切替セクションの磁束と前記投入側電源の磁束とが等しくなると推定される磁束交差時点とし、前記磁束交差時点に、前記投入側電源を前記切替セクションに投入することを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、交流電気鉄道の電気車が、異電源の切替箇所となる切替セクションを走行する際に、より単純な制御で、電気車の主変圧器の励磁突入電流が小さくなるように切替セクションに異電源を投入することのできる投入制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
先ず、各実施形態について共通する事項について説明する。
【００１２】
図５は、交流電気鉄道の電力系統を構成する構成図である。
【００１３】
本電力系統は、トロリ線３とレール４との間及びレール４とき電線５との間に、それぞれ単巻変圧器（auto-transformer,ＡＴ）８が接続されている。開放側電源及び投入側電源から電力を受電して、き電用遮断器９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄにより電圧位相の異なる２組の単相交流をそれぞれ方面別にき電する。これらの電力は、単巻変圧器８を介して、トロリ線３とレール４により、進行方向Ｆに走行する電気車７に供給される。開放側切替開閉器２Ｔは、開放側電源から電力を受電し、切替セクション６に電力を供給する。一方、投入側切替開閉器２Ｃは、投入側電源から電力を受電し、切替セクション６に電力を供給する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る投入制御装置１の適用された構成を示すブロック図である。なお、図５と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００１５】
投入制御装置１の適用される電力系統には、電圧検出器Ｐ１，Ｐ２が設けられている。
【００１６】
電圧検出器Ｐ１は、切替セクション６の電圧を検出する機器である。
【００１７】
電圧検出器Ｐ２は、投入側電源の電圧を検出する機器である。
【００１８】
投入制御装置１は、交差検出部１１、タイマ１２及び投入指令部１３を備えている。
【００１９】
交差検出部１１は、電圧検出器Ｐ１により検出された切替セクション６の電圧（以下、「切替セクション電圧」という。）を取り込む。交差検出部１１は、電圧検出器Ｐ２により検出された投入側電源の電圧（以下、「投入側電源電圧」という。）を取り込む。交差検出部１１は、電圧検出器Ｐ１，Ｐ２から取り込んだ電圧に基づいて、切替セクション電圧と投入側電源電圧とが等しくなるタイミング（時点）を検出する。交差検出部１１は、このタイミングを検出すると、タイマ１２に信号を送信する。
【００２０】
タイマ１２は、交差検出部１１から信号を検出すると、投入側電源の周波数の１／４周期（９０度）後に、投入指令部１３に信号を出力する。
【００２１】
投入指令部１３は、タイマ１２から信号を受信すると、投入側切替開閉器２Ｃに対して投入指令を出力する。
【００２２】
投入側切替開閉器２Ｃは、投入指令部１３から投入指令を受信すると、投入される。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る投入制御装置１を適用した電力系統における切替セクション６と投入側電源との電圧及び磁束の関係を示す波形図である。また、図２中で、太線は電気車７の主変圧器に印加されている電圧Ｖｔｒと鉄心磁束φｔｒの波形である。
【００２４】
時刻Ｔｖは、切替セクション電圧Ｖｓと投入側電源電圧Ｖｔとが等しくなったタイミングである。即ち、時刻Ｔｖは、切替セクション電圧Ｖｓと投入側電源電圧Ｖｔとの２つの波形が交差した時刻である。
【００２５】
時刻Ｔφは、時刻Ｔｖから投入側電源（又は開放側電源）の周波数の１／４周期（９０度）後の時刻である。また、時刻Ｔφは、電気車７の主変圧器の切替セクション６における磁束φｓと投入側電源が投入された時点から発生すると推定される磁束φｔとが等しくなったタイミングである。即ち、時刻Ｔφは、電気車７の主変圧器の切替セクション６における磁束φｓと投入側電源が投入された時点から発生すると推定される磁束φｔとの２つの波形が交差した時刻である。
【００２６】
投入制御装置１は、時刻Ｔφのタイミングで、投入側切替開閉器２Ｃを投入する。
【００２７】
電気車の主変圧器の励磁突入電流を小さくするには、投入側電源を投入する時に、電気車の主変圧器の鉄心磁束に直流成分が発生しなければよい。
【００２８】
磁束は、印加電圧の時間積分に比例することから、印加電圧が正弦波であると仮定すると、印加電圧に対して磁束は位相が９０度遅れている。このことより、切替セクション６における磁束と、投入側電源が投入された時点から発生すると推定される磁束が等しくなるタイミングは、切替セクション電圧と投入側電源電圧が等しくなったタイミング（時刻Ｔｖ）から９０度後となる。従って、このタイミング（時刻Ｔφ）で、投入側切替開閉器２Ｃを投入すれば、電気車の主変圧器の励磁突入が小さくなる。
【００２９】
本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【００３０】
本実施形態に係る投入制御方法は、切替セクション電圧と投入側電源電圧との交差を検出し、この検出時の１／４周期後に投入指令をする。これにより、電気車７が切替セクション６を走行する際の、電気車７の主変圧器の励磁突入電流を小さくすることができる。従って、本投入制御方法を用いた投入制御装置１は、実効値などを求める演算を必要とせずに、電圧検出器Ｐ１，Ｐ２から得られる瞬時値データに基づいて、制御することができるため、演算回路又はソフトウエアの演算アルゴリズムを単純化することができる。
【００３１】
よって、より単純な構成及び制御により、交流電気鉄道の電気車７が、切替セクション６を走行する際に、電気車７の主変圧器の励磁突入電流が小さくなるように切替セクション６に投入側電源を投入することのできる投入制御方法を適用した投入制御装置１を提供することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態の変形例である。第１の実施形態に係る投入制御装置１のタイマ１２に設定された時間を可変にできるようにしている。その他の点は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００３３】
タイマ１２に設定された時間を、様々な状況に応じて、１／４周期（９０度）に相当する時間から補正する。例えば、タイマ１２に設定された時間を補正する場合としては、次のような状況である。
【００３４】
切替セクション６の電圧検出器Ｐ１又は投入側電源の電圧検出器Ｐ２に検出遅れがある場合である。この場合は、この検出遅れを加味して、切替セクション電圧と投入側電源電圧とが等しくなったタイミングから１／４周期後に、投入側切替開閉器２Ｃが投入されるように、タイマ１２を補正する。
【００３５】
もう１つの状況は、次の場合である。切替セクション６の電圧は、電気車７に搭載されている回転機補機からの逆加圧である。このため、切替セクション電圧の周波数は回転機補機の状態により変化する場合がある。この場合、切替セクション６における磁束と、投入側電源が投入された時点から発生すると推定される磁束が等しくなるタイミングが、切替セクション電圧と投入側電源電圧が等しくなったタイミングから１／４周期後とならずに、ズレが生じる場合がある。この場合、切替セクション電圧の周波数の変化を加味して、２つの磁束が等しくなるタイミングで、投入側切替開閉器２Ｃが投入されるように、タイマ１２を補正する。
【００３６】
その他に、様々な状況下における要因に基づいて、２つの磁束の等しくなるタイミングが２つの電圧の等しくなるタイミングから１／４周期後とならない場合がある。このような場合に、２つの磁束の等しくなるタイミングで、投入側切替開閉器２Ｃが投入されるように、タイマ１２を補正する。
【００３７】
本実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【００３８】
電圧検出器Ｐ１，Ｐ２の検出遅れなどのように、切替セクション６の磁束と投入側電源の推定される磁束が等しくなるタイミングが、切替セクション電圧と投入側電源電圧が等しくなったタイミングから１／４周期後とならずに、ズレが生じる場合であっても、そのズレを補正するようにタイマ１２を設定することができる。これにより、正確な投入側電源の投入制御ができ、電気車の主変圧器の励磁突入電流を小さくすることができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る投入制御装置１Ａの適用された構成を示すブロック図である。
【００４０】
投入制御装置１Ａは、図１に示す投入制御装置１において、タイマ１２の代わりに、９０度遅れフィルタ２１ａ，２１ｂを設け、交差検出部１１の代わりに、交差検出部１１Ａを設けた点以外は、投入制御装置１と同様である。
【００４１】
９０度遅れフィルタ２１ａは、電圧検出器Ｐ１と交差検出部１１Ａとの間に設けられている。９０度遅れフィルタ２１ａは、電圧検出器Ｐ１で検出された切替セクション６の電圧検出値に対して位相が９０度遅れた信号を生成する。この生成された信号は、切替セクション６で発生している磁束と推定される波形に相当するものである。９０度遅れフィルタ２１ａは、生成した信号を交差検出部１１Ａに出力する。
【００４２】
９０度遅れフィルタ２１ｂは、電圧検出器Ｐ２と交差検出部１１Ａとの間に設けられている。９０度遅れフィルタ２１ｂは、電圧検出器Ｐ２で検出された投入側電源の電圧検出値に対して位相が９０度遅れた信号を生成する。この生成された信号は、投入側電源で発生している磁束と推定される波形に相当するものである。９０度遅れフィルタ２１ｂは、生成した信号を交差検出部１１Ａに出力する。
【００４３】
交差検出部１１Ａは、９０度遅れフィルタ２１ａ，２１ｂのそれぞれから入力されたそれぞれの信号の等しくなるタイミングを検出する。交差検出部１１Ａは、このタイミングを検出すると、投入指令部１３に信号を送信する。
【００４４】
投入指令部１３は、交差検出部１１Ａから信号を受信すると、投入側切替開閉器２Ｃに対して投入指令を出力する。
【００４５】
投入側切替開閉器２Ｃは、投入指令部１３から投入指令を受信すると、投入される。
【００４６】
本実施形態によれば、図１に示すタイマ１２を用いる代わりに、９０度遅れフィルタ２１ａ，２１ｂを設けることで、第１の実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【００４７】
電圧検出器により検出される信号は、９０度遅れフィルタ２１ａ，２１ｂにより電圧高調波が除去されるため、投入制御装置１Ａは、電圧高調波による影響を低減した投入制御をすることができる。
【００４８】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る投入制御装置１Ｂの適用された構成を示すブロック図である。
【００４９】
投入制御装置１Ｂは、フィルタ２２ａ，２２ｂ、交差検出部１１Ｂ、タイマ１２Ｂ及び投入指令部１３を備えている。
【００５０】
フィルタ２２ａは、電圧検出器Ｐ１と交差検出部１１Ｂとの間に設けられている。フィルタ２２ａは、電圧検出器Ｐ１で検出された切替セクション６の電圧検出値に重畳された電圧高調波を除去するフィルタである。フィルタ２２ａは、生成した信号を交差検出部１１Ｂに出力する。
【００５１】
フィルタ２２ｂは、電圧検出器Ｐ２と交差検出部１１Ｂとの間に設けられている。フィルタ２２ｂは、電圧検出器Ｐ２で検出された投入側電源の電圧検出値に重畳された電圧高調波を除去するフィルタである。フィルタ２２ｂは、生成した信号を交差検出部１１Ｂに出力する。
【００５２】
タイマ１２Ｂは、交差検出部１１から信号を検出すると、予め設定された所定時間後に、投入指令部１３に信号を出力する。ここで、所定時間は、フィルタ２２ａ，２２ｂによる位相の遅れとの合計が１／４周期（９０度の遅れ）に相当する時間となるように調整されている。また、必要に応じて、第２の実施形態で述べたような切替セクション６における磁束と、投入側電源に発生すると推定される磁束が等しくなるタイミングにズレが生じるような要因も考慮して、所定時間を設定する。
【００５３】
投入指令部１３は、タイマ１２Ｂから信号を受信すると、投入側切替開閉器２Ｃに対して投入指令を出力する。
【００５４】
投入側切替開閉器２Ｃは、投入指令部１３から投入指令を受信すると、投入される。
【００５５】
本実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【００５６】
電圧検出器Ｐ１，Ｐ２の検出遅れなどのように、切替セクション６の磁束と投入側電源の推定される磁束が等しくなるタイミングが、切替セクション電圧と投入側電源電圧が等しくなったタイミングから１／４周期後とならずに、ズレが生じる場合であっても、そのズレを補正するようにタイマ１２Ｂを設定することができる。これにより、正確な投入側電源の投入制御ができ、電気車の主変圧器の励磁突入電流を小さくすることができる。
【００５７】
電圧検出器により検出される信号は、フィルタ２２ａ，２２ｂにより電圧高調波が除去されるため、投入制御装置１Ｂは、電圧高調波による影響を低減した投入制御をすることができる。
【００５８】
なお、各実施形態では、電気車７の主変圧器の励磁突入電流を小さくする方法を、投入制御装置に実装した構成で説明をしたが、これに限らない。各実施形態に係る投入制御方法を用いるのであれば、保護継電器などの各種装置の一部の機能として組み込まれていてもよい。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る制御装置の適用された構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る投入制御装置を適用した電力系統における切替セクションと投入側電源との電圧及び磁束の関係を示す波形図。
【図３】第３の実施形態に係る投入制御装置の適用された構成を示すブロック図。
【図４】第４の実施形態に係る投入制御装置の適用された構成を示すブロック図。
【図５】交流電気鉄道の電力系統を構成する構成図。
【符号の説明】
【００６１】
１，１Ａ，１Ｂ…投入制御装置、２Ｔ…開放側切替開閉器、２Ｃ…投入側切替開閉器、３…トロリ線、４…レール、５…き電線、６…切替セクション、７…電気車、１１，１１Ａ，１１Ｂ…交流検出器、１２，１２Ｂ…タイマ、１３…投入指令部、２１ａ，２１ｂ…９０度遅れフィルタ、２２ａ，２２ｂ…フィルタ、Ｆ…進行方向、Ｐ１，Ｐ２…電圧検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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